whatsapp call admin

مقاله بررسی تاثیر کربن فعال در فرایند کربن زیستی به منظور حذف مواد آلی از پسابهای صنعتی

word قابل ویرایش
12 صفحه
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

بررسی تاثیر کربن فعال در فرایند کربن زیستی به منظور حذف مواد آلی از پسابهای صنعتی
خلاصه : از بین روش های تصفیه پسابهای صنعتی، تصفیه بیولوژیکی از مهمترین و متداول ترین روش های تصفیه می باشد. اما این روش در مقابل بعضی از پسابها، بخصوص پسابهای صنعتی که دارای بار آلودگی بالا هستند به تنهایی بازدهی قابل ملاحظه ای ندارد. بنابراین استفاده از یک ماده جاذب مانند کربن فعال در این موارد ضرورت پیدا می کند. به همین جهت به منظور بالا بردن کیفیت پساب و راندمان تصفیه ، کربن فعال به حوضچه های هوادهی اضافه می شود و در نتیجه بدون نیاز به تجهیزات اضافی راندمان سیستم به نحو چشمگیری افزایش می یابد. با استفاده از این روش می توان رنگ ، تعدادی از فلزات سنگین ، آروماتیکها، ترکیبات کلره و سایر ترکیباتی را که سبب به هم خوردن کار واحد تصفیه بیولوژیکی می شود از پساب حذف کرد و مقاومت سیستم را در مقابل تغییرات بار آلی افزایش داد. در این فرآیند ذرات کربن فعال ، ترکیبات آلی، اکسیژن و باکتریها را به خود جذب می کنند و سپس در یک محیط مساعد واکنش تجزیه بیولوژیکی مواد آلی پیشرفت کرده و با تجزیه ترکیبات جذب شده توسط باکتریها، کربن مجددا” احیا می شود. این فرایند که تلفیق لجن فعال با کربن فعال است به نام فرایند کربن زیستی خوانده می شود. در این فرایند بازده سیستم لجن فعال افزایش یافته و اثر کاهش دما جبران می شود. در این مقاله به نقش کربن فعال در افزایش بازدهی سیستمهای تصفیه پسابهای صنعتی و بهبود کیفیت پساب تصفیه شده در مقایسه با تصفیه به روش لجن فعال پرداخته شده است .
کلمات کلیدی: کربن زیستی، کربن فعال گرانولی و پودری، لجن فعال ، تصفیه بیولوژیکی

١ – مقدمه
امروزه با توجه به رشد روزافزون جمعیت ، نیاز به داشتن محیط زیست سالم و به دور از آلودگیها بیش از پیش مشهود است . کوشش در جهت مبارزه با عوامل آلوده کننده محیط زیست از مهمترین فعالیتهای انسان امروزی است . از مهمترین عوامل آلوده کننده آبها، فاضلابها و پسابها هستند. هر متر مکعب فاضلاب تصفیه نشده ، مقدار زیادی از منابع آبی را به شدت آلوده می کند. متاسفانه افزایش شهرنشینی و پیشرفتهای صنعتی نه تنها باعث بالا رفتن میزان مصرف آب گردیده ، بلکه مقدار آلودگی آبها را نیز افزایش داده است [۵].
در دهه گذشته ، نیاز به مراحل پیشرفته تصفیه برای کاهش و حذف مواد آلاینده مهم ، خصوصا موادی که در فرایندهای متداول بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی حذف نمی شو ند، بیشتر شد. از میان روشهای اصلاح شده ، استفاده از کربن فعال در منطقه هوادهی واحد لجن فعال است . هر چند این روش ابتدا برای افزایش بازدهی سیستم لجن فعال در حذف آلاینده های مهم به کار گرفته شد، اما پس از آن کاربردهای گوناگونی یافته است . فرایند فوق به دلیل ایجاد پایداری مناسب در عملکرد سیستم ، حذف دلخواه مواد آلی و رنگ ، کاهش حجیم شدن لجن ، حذف کف و موارد دیگر، دارای پذیرش روز افزون است [۶].
فرآیند لجن فعال اولین بار توسط آردرن و لاکت ، در سال ١٩١۴ در انگلستان بکار گرفته شد و یکی از فرآیندهای مهم در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است .در این فرآیند، میکروارگانیسم ها با مواد آلی مخلوط شده ، در اثر این عمل میکروارگانیسم ها رشد کرده ، باعث تثبیت مواد آلی می شوند. هنگامی که میکروارگانیسم ها در اثر وجود هوای کافی رشد کنند بهم چسبیده و تشکیل لخته هایی از جرم فعال را می دهند که به آن لجن فعال گفته می شود .فاضلاب خروجی از حوض هوادهی به حوضچه نهایی هدایت می شود تا بخشی از میکروارگانیسم ها(سلولهای زنده و مرده )و مواد غیرقابل تجزیه در آن بصورت لجن ته نشین شود. بدین ترتیب مقداری از مواد آلی موجود در فاضلاب که در ساخت سلولهای میکروارگانیزم مصرف شده ، از فاضلاب جدا می شود .مقداری از آن نیز تبدیل به گاز شده و متصاعد می شود و بقیه چه بصورت آب و چه بصورت موادی که تجزیه نشده و یا ته نشین نشده اند، همراه با فاضلاب خروجی، خارج می شود.
برای تسریع در تکثیر میکروارگانیسم ها در نتیجه تسریع در تجزیه مواد آلی، مقداری از لجن حوضچه ته نشینی نهایی که حاوی مقدار قابل توجهی میکروارگانیسم های زنده و فعال است دوباره به حوضهای هوادهی برگشت داده می شود تا با فاضلاب ورودی به آن حوضها مخلوط شود[١].
فرآیند تصفیه مناسب ، بستگی به نوع آلاینده ها در فاضلاب دارد[١٠]. با توجه به بالا بودن بارآلودگی فاضلاب صنایع ، سخت گیرانه تر شدن استانداردهای خروجی پساب و مشکلات عملیاتی تصفیه این فاضلاب ها از سیستم های تلفیقی زیادی استفاده گردیده است .
سودمندی کربن فعال به عنوان یک جاذب قوی، به خصوصیات منحصر به فرد آن مانند مساحت سطح زیاد، واکنش پذیری سطحی بالا، اثر جذب جامع و اندازه منافذ مطلوب آن نسبت داده می شود. کربن فعال از دامنه وسیعی از مواد دارای کربن تولید می شود، شامل چوب ، زغال ، زغال کک ، پوست نارگیل ، پوست گردو و غیره . مواد جدید به عنوان منابع تولید کربن فعال در حال بررسی هستند. بازار بزرگ کربن فعال در حال حاضر صنایع تصفیه آب شهری می باشند که به صورت بسترهای زغال چوب برای اهداف دوگانه فیلتراسیون فیزیکی و جذب به کار می روند. در تصفیه فاضلاب ، کربن فعال معمولا به عنوان لایه فیلتر در فرآیند تصفیه پیشرفته به کار می روند. در این کاربردها، فیلترهای کربن معمولا در حذف ترکیبات آلی با غلظت کم و همچنین فلزات سنگین کاملا موثر هستند. کربن فعال به طور گسترده درتصفیه آب ، فاضلاب و آلودگی هوا به خاطر مکانیسم فیزیکی جذب آن به کار می رود[١٠]. تاکنون مطالعات زیادی روی کاربرد کربن فعال در تصفیه فاضلاب صنایع مختلف انجام شده است [١١]. کربن فعال به همراه فرآیندهای بیولوژیکی برای افزایش بازدهی سیستم و به عنوان یک بستر برای میکروارگانیسم ها در سیستم های کربن زیستی به کار می رود[١٠]. بر حسب نوع کاربرد،کربن فعال را به صورتهای مختلف تولید می کنند. این ماده را می توان بر اساس سطح فعال ، رفتار و خواص جذب و شکل آن طبقه بندی کرد. از جنبه شکل و اندازه ، ذرات کربن فعال به پودر، دانه و گلوله تقسیم می شوند[٨]. چنانچه بین ۶۵ تا٩٠درصد ذرات از غربال با مش ٣٢۵ بگذرند، آنر ا پودر (PAC) می نامند و در صورتی که قطر متوسط ذرات بیش از٢٠٠ میکرون باشد،کربن دانه ای (GAC) نامیده می شود[٩].
با توجه به استفاده گسترد ه کربن فعال در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، دارویی و صنایع دیگر مصرف سرانه این ماده در جهان بسیار زیاد است و به طور متوسط در آمریکا ٠,۴، ژاپن ٠,۵، اروپای غربی٠,٢، و در دیگر نقاط جهان ٠,٣ کیلوگرم در سال برای هر نفر است . کل تولید این ماده در سال ١٩٧٨ معادل ٢٢٠٠٠٠ تن در سال بوده است که بیش از ٨٠ در صد آن برای استفاده در فاز مایع به صورت پودر و دانه کربن فعال به کار رفته است [٧].
Koppe و همکاران دریافتند که در مجاورت کربن فعال تجزیه بیولوژیکی هوازی ترکیب های آلی تسریع می شود. آزمایشاتی که توسط وی و همکارانش به عمل آمد اثر کربن فعال گرانول در افزایش سرعت سازگاری باکتر یها با موادی که به سختی تجزیه می شوند مورد تأیید قرار گرفت . این فرایند که تلفیق لجن فعال با کربن فعال است به نام فرایند کربن زیستی خوانده می شود. در این فرایند بازده سیستم لجن فعال افزوده شده و اثر کاهش جبران می شود[١٢].
٢ – روش آزمایش
با توجه به مصرف آب فراوان در فرایندهای متفاوت صنایع و همچنین عدم وجود روشی مناسب و اقتصادی برای حذف مواد آلی و یا حتی حذف رنگ و در نهایت بازیافت پساب آن صنایع ، تحقیق در خصوص روشهای نوین تصفیه پسابهای صنعتی همچنان ادامه دارد که در این راستا روش کربن زیستی در سال های اخیر از سوی محققین در مقیاس پایلوت مورد توجه قرار گرفته است .
در این پژوهشها فرایند مذکور به روش پایلوتی مورد بررسی قرار می گیرد، البته به طور معمول مطالعه های آزمایشگاهی با استفاده از پساب مصنوعی که در آزمایشگاه تهیه می شود انجام می پذیرد که این عمل نمی تواند شرایط واقعی پساب را در بر گیرد و همین موجب می شود که کارایی این گونه مطالعات محدود شده و نتیجه های به دست آمده قابل تعمیم نباشد. لذا توصیه شده است از فاضلاب واقعی با تمام پیچیدگی های آن در مطالعات پایلوتی استفاده شود.
پایلوت مورد استفاده متشکل از دو دستگاه راکتور لجن فعال با ابعاد و مشخصات مشابه است که یک دستگاه به عنوان راکتور شاهد و دستگاه دوم به عنوان راکتور فرایند کربن زیستی مورد استفاده قرار می گیرد. مخزن های هوادهی هر راکتور با حجم معین و مخزن های ته نشینی هر یک با حجم مؤثر مختص به خود می باشد که از جنس شیشه و یا ورق فلزی برای این مطالعات به کار برده می شوند.(شکل ١) در این فرآیند میکروارگانیزمهای موجود در لجن فعال با تغذیه از مواد ارگانیک محلول ، و تنفس از هوای وارد شده به آب ، باعث پالایش پساب می شوند. ضرورت بازگرداندن میکرواورگانیسم به مخزن هوادهی یکی از ویژگی های این سیستم است .

شکل (١)- فرآیند لجن فعال شده (در این فرآیند میکروارگانیزمها در پساب به صورت شناور رشد کرده اند)

راکتور ١ به عنوان راکتور شاهد با فرایند لجن فعال معمولی (AS) و از نوع هوادهی ممتد و راکتور دوم به عنوان فرایند کربن زیستی( PACTیا GACT) مورد استفاده قرار می گیرند.
کربن مورد استفاده در این فرآیند می تواند از نوع گرانولی و یا پودری باشد. تأمین اکسیژن محلول پایلوت به وسیله ی یک دستگاه هوادم صنعتی با ظرفیت مشخص و با استفاده از تعدادی سنگ هوا و به صورت عمقی انجام می پذیرد و به طور کلی سعی می شود تا شرایط سیستم پایلوت به طور دقیق مشابه شرایط واقعی باشد تا نتیجه های به دست آمده برای طراحی سیستم واقعی قابل استفاده شود.
پساب کارخانه بعد از خنثی سازی به طور مداوم وارد یک مخزن متعادل سازی شده و از این مرحله با جریان مداوم به وسیله ی پمپ وارد راکتورها می شود[٣].
در طول تحقیق ، آزمایش هایBOD5 (اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی) و COD (اکسیژن مورد نیاز شیمیایی) روی نمونه های ورودی و خروجی از راکتور١ (لجن فعال ساده )و راکتور ٢ (لجن فعال همراه با کربن فعال ) در شدت جریان های متفاوت و زمان های ماند متفاوت طبق روشهای استاندارد به عمل می آید و همچنین می توان تأثیر غلظت های مختلف کربن فعال در راکتور را مورد مطالعه قرار داد.
هدف از ارایه این مقاله ، مروری بر نتایج تحقیقات انجام شده در خصوص کاربرد توام کربن فعال و فرآیندهای بیولوژیکی خصوصا لجن فعال در تصفیه فاضلابهای صنعتی است . بر اساس تحقیقات انجام شده توسط محققین مختلف ، سیستم ترکیبی کربن فعال و فرآیند لجن فعال ، توانسته است بازدهی مناسبی در خصوص پسابهای صنعتی مختلف مانند صنایع چوب و کاغذ، صنایع چرم و پوست و فاضلابهای صنعتی حاوی رنگ و فلزات سنگین داشته باشد.
٣ – بحث و نتایج
در اینجا به بررسی تاثیر کربنهای فعال گرانولی و پودری در فرآیند کربن زیستی در مقایسه با فرآیند لجن فعال معمولی پرداخته می شود.
مکانیسم و نحوه عملکردکربن فعال به هنگام افزایش به سیستم لجن فعال به این صورت بیان شده است که :
١- باکتری های ویژه در خلل و فرج کربن فعال به صورت تأخیری نگه داری می شوند.
٢- میکرواورگانیسم ها در مجاورت کربن فعال سطح زیادی را برای رشد خواهند داشت .
٣- غنی سازی برخی از آنزیم ها در مجاورت کربن فعال اتفاق می افتد.
۴- اکسیژن محلول به میزان بیشتری روی کربن فعال جذب می شود و ظرفیت جذب را بالا می برد.
٣-١- فرآیند کربن زیستی گرانولی (GACT)
ابتدا به مزیت افزایش کربن فعال گرانولی به لجن فعال (فرآیند کربن زیستی از نوع GACT) نسبت به فرآیند لجن فعال معمولی
(AS) می پردازیم :
شکل (٢) تغییرهای روند کاهش مواد آلی برحسب COD در دو راکتور(راکتور١ به عنوان شاهد و راکتور٢ یا GAC ) را نشان می دهد.
در این شرایط و درحالی که زمان ماند هیدرولیکی در حدود ٢۴ ساعت و غلظت COD ورودی در حدود ٨٠٠ الی ١١٠٠ میلی گرم در لیتر و غلظت کربن فعال گرانول در راکتور ٢ در حدود ۵٠ میلی گرم در لیتر بود غلظت COD خروجی از راکتور ١ به ٢٠٠ و در راکتور ٢ که دارایGAC بود به ٩٠ میلی گرم در لیتر رسید. در زمان های کوتاه تر تفاوت عملکرد دو بیوراکتور به طور کامل مشهود و متفاوت است ولی همان گونه که در شکل (٣) مشاهده می شود در زمان های ماند طولانی تر، کارایی دو سیستم از نظر حذف مواد آلی نزدیک به یکدیگر است [٣].

شکل (٢)- عملکرد بیوراکتورها در حذف مواد آلی بر حسب COD

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 12 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد